一種可避免有機污染的cvd石墨烯fet器件制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種可避免有機污染的CVD石墨烯FET器件制造方法，屬于微電子技術領域。
技術背景
[0002]石墨烯的出現(xiàn)，打破了 “二維材料不能在室溫下穩(wěn)定存在”的理論預研，隨后因其優(yōu)異的物理化學性能在各領域的廣泛應用而備受關注，在全球掀起了二維材料的研究熱潮，之后MoS2，WS2，WSe2, BN等二維材料也相繼出現(xiàn)。全新的二維材料進入電子領域的時間不長，取得的成果卻相當顯著。如石墨烯具有高電子迀移率、高電子飽和速度和高熱導率等優(yōu)良特性，在毫米波、亞毫米波乃至太赫茲器件、超級計算機等方面具有廣闊應用前景。基于石墨烯的超高速、超低噪聲、超低功耗場效應晶體管及其集成電路，有望突破當前電子器件的高成本、低分辨率及高功耗的瓶頸，為開發(fā)更高性能電子器件提供新的思路和方案。石墨烯場效應晶體管是石墨烯微波器件的最基本單元，就現(xiàn)狀而言，石墨烯晶體管的電學性能主要受兩個因素的制約:(1)界面的散射。石墨烯由單層碳原子構(gòu)成二維結(jié)構(gòu)，同傳統(tǒng)半導體材料相比更易受到與之接觸的材料對它的散射而影響其電學性能。特別是對于能滿足工程化應用大面積高質(zhì)量需求的CVD法制備的石墨烯，因不可避免要用到轉(zhuǎn)移工藝，常規(guī)轉(zhuǎn)移用的載體膠又極難除凈，導致石墨烯受殘留膠的影響，不僅降低石墨烯和金屬之間的黏附性，殘留膠的散射作用也影響了石墨烯的電學性能；(2)寄生電阻。石墨烯晶體管的有源區(qū)在柵的正下方，而柵電極和源(漏)電極之間的未覆蓋的區(qū)域則會產(chǎn)生寄生電阻，影響晶體管的頻率特性，因而確保穩(wěn)定隔離的同時減小柵電極和源(漏)電極的間距是設計石墨烯晶體管的一個關鍵要素。
[0003]在國際上，CVD法生產(chǎn)成本較低，制備出的石墨烯在面積和質(zhì)量上都能滿足工程化需求，同時轉(zhuǎn)移工藝可操作性強，能將石墨烯轉(zhuǎn)移至不同襯底，具備很大的拓展空間，因此CVD法制備石墨烯較之其他方法更具實用性，為大家普遍接受。但CVD法制備的石墨烯在轉(zhuǎn)移時常以有機物(如MMA，PMMA)作為轉(zhuǎn)移載體，會引入的殘留膠，同時工藝過程中也會在石墨烯表面引起殘留的光刻膠，使石墨烯材料優(yōu)良的性能得不到充分的發(fā)揮。目前尚未見到有效的處理辦法報道，更未見這種以金屬作為轉(zhuǎn)移介質(zhì)同自對準技術結(jié)合在一起來實現(xiàn)無有機污染的石墨烯晶體管的設計發(fā)明報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出的是一種可避免有機污染的CVD石墨烯FET器件制造方法，其目的是針對CVD法制備的石墨烯在轉(zhuǎn)移過程殘留載體膠以及工藝過程中的殘留光刻膠卻對石墨烯性能造成的影響，設計可兼容于傳統(tǒng)平面加工工藝，同時可減小石墨烯FET器件寄生電阻的一種制備方法，該方法的應用有利于器件電學性能的提升。
[0005]本發(fā)明的技術解決方案:一種可避免有機污染的石墨烯FET器件制造方法，其特征在于以金屬作為轉(zhuǎn)移載體同濕法腐蝕自對準工藝結(jié)合在一起，具體制作步驟如下: 1)以常規(guī)CVD法制備于金屬襯底上的石墨烯為樣品，在石墨烯連帶襯底上蒸發(fā)一層金屬，作為轉(zhuǎn)移載體膜；
2)蒸完金屬后將樣品按載體金屬朝上襯底金屬朝下置于腐蝕液中，樣品在水的張力下會漂浮于液體上方，靜置至襯底金屬完全溶解，石墨烯將附著于上層載體金屬上；
3)將上述樣品轉(zhuǎn)移至去離子水中，靜置一段時間清洗掉殘留的腐蝕液，然后用目標襯底將樣品從水中撈起，低溫烘烤以排盡殘留的水，使樣品緊貼于目標襯底之上；
4)樣品光刻，選擇需要保留的隔離區(qū)實現(xiàn)光刻膠保護，其他區(qū)域曝光顯影后暴露；
5)樣品浸泡入腐金液中腐蝕掉不需要區(qū)域的金屬膜，去離子水清洗后以氧等離子體刻蝕掉暴露出來的石墨烯；
6)以平面光刻顯影技術在隔離區(qū)進行柵的光刻，選擇性曝光露出柵電極區(qū)；
7)對樣品進行浸泡腐蝕，去掉柵區(qū)石墨烯上方的金屬，同時側(cè)腐可確保柵和源之間形成物理隔離，腐蝕完成后去離子水清洗；
8)同光刻條件下以此進行柵介質(zhì)的制備和柵金屬的制備，之后浸泡丙酮剝離金屬，完成石墨稀FET器件的制備。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點:與現(xiàn)有場效應晶體管的制作過程相比，其顯著優(yōu)點為:(1)以Au膜替代傳統(tǒng)的有機載物(MMA，PMMA)作為CVD制備石墨烯的轉(zhuǎn)移介質(zhì)，不僅避免了轉(zhuǎn)移過程中的殘留膠的影響，而且可在后期光刻工藝中起到保護石墨烯的作用，達到器件工藝全程無有機污染的目的；(2)保護金屬同濕法腐蝕自對準工藝兼容，且腐金液的側(cè)向腐蝕在形成有效隔離的同時可保持較小的柵-源(漏)間距，利于降低器件的寄生電阻。
【附圖說明】
[0007]圖1是金屬膜代替有機膜作為轉(zhuǎn)移載體的對比圖；
圖2是樣品選擇性隔離后示意圖；
圖3是石墨烯自對準工藝流程圖；
圖3-1是樣品完成隔離區(qū)腐蝕結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3-2是柵光刻后結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3-3是在柵版圖下完成金屬腐蝕；
圖3-4是在柵版圖下完成柵介質(zhì)及柵金屬制備；
圖3-5是完成金屬剝離形成自對準石墨烯FET器件。
【具體實施方式】
[0008]—種可避免有機污染的CVD石墨烯FET器件制造方法，其特征在于將Au膜輔助剝離技術同自對準技術結(jié)合，具體制作步驟如下:
1)CVD法制備的石墨稀材料一般制備于金屬(通常如Cu)襯底上，在石墨稀連帶襯底上蒸發(fā)一層金屬，作為轉(zhuǎn)移載體；
2)將上述材料(Au上Cu下)置于腐蝕液中，下面金屬溶解，石墨烯附著于上層金屬上；
3)樣品轉(zhuǎn)移至去離子水清洗掉腐蝕液中帶出的殘留離子；
4)將樣品轉(zhuǎn)移至目標襯底；
5)樣品光刻，選擇需要保留的隔離區(qū)有光刻膠保護； 6)樣品浸泡入腐金液中腐蝕掉不需要區(qū)域的金屬膜，去離子水清洗后以氧等離子體刻蝕掉暴露出來的石墨烯；
7)以平面光刻顯影技術在隔離區(qū)進行柵的光刻，選擇性曝光露出柵電極區(qū)；
8)對樣品進行浸泡腐蝕，去掉柵區(qū)石墨烯上方的金屬，同時側(cè)腐可確保柵和源之間形成物理隔離，腐蝕完成后去離子水清洗；
9)同光刻條件下以此進行柵介質(zhì)的制備和柵金屬的制備，之后浸泡丙酮剝離金屬，完成石墨稀FET器件的制備；
所述步驟1)中的CVD法制備石墨稀的襯底包括Cu，Ni，Ti，Ag，Al，Cr, Pd, Au, Mo,ff, Fe中的一種或二種的組合，二種組合的質(zhì)量比包含0.01?100:1。
[0009]所述步驟1)中使用的轉(zhuǎn)移金屬，金屬種類為能被化學腐蝕的金屬，Cu，Ni，Ti，Ag,Al，Cr，Pd, Au，Mo，ff, Fe中的一種或二種的組合，二種組合的質(zhì)量比包含0.01?100: 1，金屬厚度范圍在lnm?lOOOnm。
[0010]所述的步驟2)中石墨烯襯底金屬的腐蝕液可用三氯化鐵FeCl3、過硫酸銨(NH4)2S204、氯化氫HC1、硫酸H2S04、硝酸ΗΝ03、氫氟酸、王水的混合液，二種混合液的質(zhì)量比為 0.01 ?100:1。
[0011]所述步驟4)中實現(xiàn)描述的目標襯底，應包括硬質(zhì)襯底Si，GaN, SiC, A1203，GaAs，Si02, AIN, Hf02, Y203,以及柔性襯底 PEN (Pentacenne), PI (Polyimide),PET (Polyethylene terephthalate), HMDS (Hexamethyldisilazane) , BCB(Benzocyclobutene)等一種或兩種的外延以及鍵合組裝等。
[0012]所述步驟8)中石墨烯上方載體金屬的腐蝕液可用氫氟酸、